工科论文：地下水中BTEX自然衰减的研究进展[1]

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【摘要】简要论述了石油类污染地下水BTEX自然衰减的国内外研究进展，及自然衰减的定义和分类。
【关键词】地下水；BTEX；自然衰减
1 引言
燃油（如汽油）地下储藏罐（Underground Storage Tanks，USTs）的泄漏是当前全球十分普遍的环境问题。美国在2003 年确认有443 568 处USTs 存在泄漏，相当于USTs总量的1/3[1]；虽然我国缺乏类似的调查数据，但USTs 泄漏以及事故性事件是难以避免的，该类泄漏将构成我国水资源安全利用的潜在威胁。
燃油泄漏带来的主要问题是，地下水受到水溶性毒性烃的污染，如苯，甲苯，乙苯和二甲苯（Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene, BTEX）。由于BTEX在汽油中占有约22 %的体积比例[2]，并且具有相对高的溶解度、迁移能力和致癌毒性，已引起了国际上学术研究的关注。北美与欧洲国家的研究认为，利用含水层土著微生物去除BTEX污染物是一种具有显著成本效益的含水层修复技术，即内在生物修复作用（Intrinsic bioremediation），该技术被社会普遍接受，并展开了深入研究。
2 自然衰减的定义及分类
基于已有的研究对自然界生物降解作用的认识，美国国家研究委员会（National Research Council，NRC）在1993年首次对内在生物修复和工程生物修复做了界定。内在生物修复是仅依靠自然界内在的微生物作用来修复污染地下水，而工程生物修复是利用人为干涉来促进地下水系统中生物作用[3]。1996年，美国环保总局对自然衰减下的定义为：能够有效降低污染物的毒性和数量、控制污染物的迁移，以达到保护人类健康和生态环境的生物降解、弥散、稀释、吸附、挥发、化学和生物化学作用[4]。
根据对污染物的破坏程度，这些自然发生的过程可归为两大类[5]：
（1）非破坏性过程：指对流、弥散、稀释、吸附和挥发等。这些作用虽然可以改变污染物在地下水中的浓度，但对污染物在环境中的总量没有影响，污染物的危害仍然存在。
（2）破坏性过程：包括生物降解、化学降解。这些作用使污染物不但浓度降低，而且结构破坏。其中化学转化不能彻底分解有机化合物，其产物的毒性有可能更大；而生物降解是唯一将污染物转化为无害产物的作用。对于有机污染物的自然衰减，其中最重要的是生物降解作用，因此自然衰减也通常被称作“内在生物修复或被动生物修复”。
3 国内外研究现状
上世纪80年代，为了评价和监测地下水中石油烃污染，欧美国家作出了巨大努力。普遍观察到，地下水中石油烃污染晕随时间变化而停止了扩展，推测存在一种动力稳定状态。最有说服力的例子是，位于明尼苏达州北部Bemidji Town附近的原油泄漏地，1979年，油管破裂导致1670 m3原油被泄漏到地面上，一年之后，油向下迁移并在地下水水面上形成一个漂浮的透镜体[6]。在这个场地建立了观测孔，监测工作从80年代到90年代，一个溶解烃的污染晕（主要是BTEX化合物）从透镜体向下游发展，然而到1985年，BTEX污染晕在距离透镜体仅150 m的下游停止了扩散。后来的研究表明，溶解烃淋滤进入地下水的速率与生物需氧、厌氧降解烃的速率之间出现了动力稳定（平衡）状态[7]。1985年以后，BTEX污染晕的位置与体积没有出现明显的变化。
Barker等人[8]报道了关于BTX的试验研究成果，通过往浅层砂质含水层注入1800升BTX 化合物，含有苯（2.4 mg/L ）、甲苯（1.8 mg/L）、对-二甲苯，间-二甲苯和邻-二甲苯（均为1.1 mg/L ）和氯化物（浓度为1280 mg/L）的地下水，其中氯是示踪剂，进行了一年半的监测。结果表明：苯和甲苯在扩散相对位置上，具有与氯相似的扩散晕，但是，苯和甲苯晕的范围逐渐减小，且以甲苯减小速率最快，到108天，苯的扩散与氯相比明显减少，而甲苯已经消失。试验还表明含水层颗粒吸附BTX 以及生物降解作用的可能性，且是主要的净化过程。这个结果在室内模拟试验上也得到了证实。因此，用“自然衰减”一词来描述包含弥散、扩散、吸附和生物降解这样一个混合的、能够导致污染物浓度下降的过程。类似地，Chiang等人[9]指出一个气体厂下面的污染含水层在3年时间内，苯的质量出现明显的损耗，其原因是自然衰减作用的结果。
在加里福利亚州，对一个更大的拥有7167口市政供水井的场地研究表明，场地在汽油泄漏进入地下水系统期间，苯的检出只有10口井。这项研究得出结论，认为生物降解作用消耗了BTEX化合物，由此保护了加州地下供水水源地免遭石油烃污染。基于地下水系统中土著微生物的作用，自然衰减监测已成为许多石油产品污染地下水场地优工学论文